Lymph node acts as an important physiological site for immune responses and cancer metastasis. With its biological roles, lymph node targeting can be applied for visualization of sentinel lymph nodes, treatment of lymph node metastasis, and activation of immune responses. In here, we focused on retention, distribution and cellular uptake of liposomes in lymphatic system after subcutaneous injection to examine its property in vivo. Among many nano-sized delivery systems, we chose liposome since it is FDA-approved, safe nanoparticle currently used in clinical applications. We engineered surface characteristics of liposomes and the effect was monitored in mouse lymph nodes.
To modulate the surface characteristics of liposomes, we introduced lipids from positively charged (1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane, (DOTAP)) to negatively charged (phosphatidylglycerol, (PG) and phosphatidylserine (PS)) into the phosphatidylcholine backbone. Additionally, liposome bilayer fluidity and effect of mannose were examined together. To monitor the liposomes, we labeled liposomes with fluorescent dyes and measured lymph node fluorescence signal until 24hr after injection. Distribution and interactions with immune cells were also seen by immunofluorescence and FACS analysis respectively.
Taken together, positive charge introduced by DOTAP reduced trafficking and retention of liposomes in lymph nodes after 24hr. Also, DOTAP-liposomes showed low level of cellular uptake by macrophages and dendritic cells. Negatively charged liposomes (PG-liposome and PS-liposome) showed high level of drainage, retention and cellular uptake by macrophages and dendritic cells. Interestingly, mannose-liposome showed low level of drainage and retention but relatively high amount of cellular uptake. This study showed comparative results of charges and targeting ligand in lymphatic delivery and showed structural variability can control lymphatic drainage and cellular uptake in vivo. Each surface characteristics can be applied for optimization of functional agents in different applications.
림프절은 체내에서 면역반응이 중점적으로 일어나는 곳이며 암세포의 전이가 처음 시작되는 곳으로 알려져 있다. 림프절의 이러한 역할을 조절하기 위하여 림프절을 표적하는 경우 다양한 분야로의 응용이 가능하다. 림프절 표적입자는 암 조직 주변의 감시림프절을 영상화 하는 기술, 림프절 내부 전이암을 치료하는 기술, 그리고 면역반응을 활성화시키는 기술에 사용될 수 있다. 본 논문에서는 다양한 조성의 리포좀을 피하주입한 후 림프절 내부 전달, 분포 및 면역세포로의 흡수에 대해 연구하였다. 리포좀은 FDA 승인을 받고 임상에 사용되고 있는 안전한 나노입자이기 때문에 본 논문에서 사용하였다. 리포좀의 표면 성질을 다양하게 변화시킨 후 림프절 내부를 관찰하였다.
리포좀의 표면 성질을 조절하기 위하여 다양한 종류의 리피드를 사용하였다. 포스파티딜콜린을 기본으로 하여 양전하성 리피드로는 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP) 을 추가하여 사용하였으며 음전하성 리피드로는 포스파티딜글리세롤(PG), 포스파티딜세린(PS) 을 추가하여 사용하였다. 리포좀을 체내 관찰하기 위하여 형광 입자를 도입하여 사용하였으며 주입 후 24시간까지 관찰하였다. 림프절 내부 분포 및 면역세포로의 흡수는 각각 조직면역형광기법(immunofluorescence), 유동세포분석법(flow cytometry) 을 사용하여 분석하였다.
종합적으로 보았을 때, DOTAP-리포좀의 경우 림프절 내부 흡수 및 잔류 양이 낮아진 것을 확인하였다. 또한 양전하성 DOTAP-리포좀의 경우 대식세포와 수지상세포로의 흡수 양 또한 비슷하거나 낮아진 것을 확인하였다. 음전하성 리포좀 (PG-리포좀, PS-리포좀) 의 경우 이와 반대로 림프절 내부 전달 양, 잔류 양이 크게 높아진 것을 확인하였다. 이는 조직 주변의 전하가 음전하이므로, 정전기적 반발에 의해 림프절로 흡수된 리포좀의 양이 늘어난 것으로 보인다. 흥미롭게도, 만노스(mannose) 를 표면에 합성한 리포좀의 경우 림프절 내부 전달 양은 작았지만 실제 그 중 면역세포로 흡수된 양은 상당히 높음을 관찰할 수 있었다. 본 연구를 통하여 다양한 조성의 리포좀과 표적입자인 만노스를 함께 비교하여 보았으며 표면 구조 및 성질의 변화가 림프절 내부로의 리포좀 전달을 크게 조절하는 것을 확인 하였다.
